(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水力発電用の水に混入した塵芥を除去する塵芥除去装置であって、
上部に水を取り込む取水口を有する貯水槽、
前記取水口に傾斜して取り付けられ、前記取水口に与えられた水の一部を塵芥と共に前記貯水槽の外部へ流下させる塵芥除去スクリーン、
前記貯水槽内の水を水力発電機へ導く導水管、
前記取水口より上流側において水に混入した可沈殿物を沈殿させる沈殿槽、および
前記沈殿槽の上部に配設され、前記沈殿槽内の水に浮いた浮遊物を誘導除去する誘導板を備えており、
前記沈殿槽と前記取水口との間には、前記沈殿槽の水を前記取水口側へ溢れ出させる溢出口が設けられており、前記溢出口には、水に混入した可沈殿物の沈殿を促進する突出部が沈殿槽側へ突出して設けられており、
前記導水管から前記水力発電機へ導かれる水の量は、前記取水口から取り込まれる水の量よりも少ないことを特徴とする塵芥除去装置。
【請求項２】
前記塵芥除去スクリーンは、その傾斜方向へ延びるスリットまたは長孔を有しており、前記スリットまたは長孔を通して前記貯水槽へ水が供給される請求項１に記載の塵芥除去装置。
【請求項３】
前記導水管の上流側の開口端が、前記取水口の直下から側方へずれた位置であって、かつ、前記貯水槽の内部底面から持ち上げた位置に配設されている請求項１または２に記載の塵芥除去装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ水力発電システムにおける水力発電機への取水に際し、水力発電機へ供給される水に混入した小石、砂、落ち葉、ごみ等を除去する、塵芥除去装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、地球温暖化防止京都会議等に見られるように、環境負荷の少ない石油代替エネルギーの導入が重要な課題となっており、かかる観点からマイクロ水力発電システムの普及が期待されている。このマイクロ水力発電システムは、山間部の沢水、各種水路の維持放流水、工業用水、農業用水等の小さな水資源を利用して発電するものであり、太陽光発電や風力発電に比べて発電効率が高いという利点を有している。しかし、水力発電機の水車部を構成するガイドベーン、ランナ、噴射ノズル等の口径寸法が狭小であることから、水に混入した小石、砂、落ち葉、ごみ等によって流路が閉塞され易く、運転障害を生じ易いという欠点がある。
【０００３】
そこで、従来では、水路にスクリーンを設置するとともに、スクリーンに引っ掛かった落ち葉やごみ等を定期的に除去し、さらに、水車ケーシングに推積した小石や砂等を定期的に除去するようにしていた（特許文献１参照）。
【特許文献１】特許第２９３９７４７号（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来では、水力発電機へ供給される水に混入した落ち葉やごみ等の塵芥を定期的に除去していたので、発電設備の維持・管理に多大な労力および費用を要するという問題があった。
【０００５】
それゆえに、本発明の課題は、水に混入した塵芥を自動的に除去することによって、発電設備の維持・管理に要する労力および費用を大幅に軽減できる、塵芥除去装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載した発明は、「水力発電用の水に混入した塵芥を除去する塵芥除去装置１０であって、上部に水を取り込む取水口３０を有する貯水槽１６、前記取水口３０に傾斜して取り付けられ、前記取水口３０に与えられた水の一部を塵芥と共に前記貯水槽１６の外部へ流下させる塵芥除去スクリーン１８、前記貯水槽１６内の水を水力発電機１４へ導く導水管２６、前記取水口３０より上流側において水に混入した可沈殿物を沈殿させる沈殿槽２０、および前記沈殿槽２０の上部に配設され、前記沈殿槽２０内の水に浮いた浮遊物を誘導除去する誘導板２２を備えており、前記沈殿槽２０と前記取水口３０との間には、前記沈殿槽２０の水を前記取水口３０側へ溢れ出させる溢出口５０が設けられており、前記溢出口５０には、水に混入した可沈殿物の沈殿を促進する突出部５２が沈殿槽２０側へ突出して設けられており、前記導水管２６から前記水力発電機１４へ導かれる水の量は、前記取水口３０から取り込まれる水の量よりも少ないことを特徴とする塵芥除去装置１０」である。
【０００７】
この発明において、貯水槽１６の取水口３０に水が与えられると、その水の多くが取水口３０から貯水槽１６へ供給されるとともに、その水の一部が塵芥（落ち葉、ゴミ等）と共に塵芥除去スクリーン１８の上面を滑って貯水槽１６の外部へ排出される。ここで、水に混入した石や砂等の可沈殿物を沈殿槽２０で沈殿させて除去することができ、また、水に浮いた落ち葉やゴミ等の浮遊物を誘導板２２で誘導して除去することができる。可沈殿物の沈殿は、突出部５２によって促進される。
【０００８】
請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した「塵芥除去装置１０」において、「前記塵芥除去スクリーン１８，７０は、その傾斜方向へ延びるスリット４２または長孔７４を有している」ことを特徴とする。
【０００９】
この発明では、塵芥除去スクリーン１８，７０のスリット４２または長孔７４が塵芥除去スクリーン１８，７０の傾斜方向へ延びて形成されているので、水に混入した塵芥を円滑に流下させることができるとともに、スリット４２または長孔７４を通して大量の水を貯水槽１６へ取り込むことができる。
【００１０】
請求項３に記載した発明は、請求項１または２に記載した「塵芥除去装置１０」において、「前記導水管２６の上流側の開口端が、前記取水口３０の直下から側方へずれた位置であって、かつ、前記貯水槽１６の内部底面から持ち上げた位置に配設されている」ことを特徴とする。
【００１１】
この発明では、導水管２６の上流側の開口端が取水口３０の直下から側方へずれた位置に配設されているので、取水口３０から貯水槽１６へ供給された水に混入した気泡が導水管２６へ直ちに取り込まれることはなく、この気泡の多くを水面へ浮上させて大気中へ逃がすことができる。また、導水管２６の上流側の開口端が貯水槽１６の内部底面から持ち上げた位置に配設されているので、貯水槽１６の底部に溜まった砂等が導水管２６へ取り込まれるのを防止できる。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１〜５に記載した発明によれば、水力発電機へ与えられる水に混入した小石、砂、落ち葉、ごみ等を簡単な構成で確実に除去することができるので、発電設備の維持・管理に要する労力および費用を大幅に軽減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は、本発明が適用された塵芥除去装置１０を示す平面図であり、図２は、図１におけるII-II線断面図である。塵芥除去装置１０は、図３に示すようなマイクロ水力発電システム１２において、水力発電機１４へ与えられる水に混入した小石、砂、落ち葉、ごみ等を自動的に除去するものであり、貯水槽１６、塵芥除去スクリーン１８、沈殿槽２０、誘導板２２、余水槽２４および導水管２６等によって構成されている。
【００１８】
貯水槽１６は、水力発電機１４（図３）へ与えられる水を貯める水槽であり、コンクリート等によって構成された箱状の水槽本体２８を有しており、水槽本体２８の上部には、水を取り込む取水口３０が水平面に対して所定角度で傾斜して形成されている。また、水槽本体２８の内部底面には、溝状の砂溜ピット３２が形成されており、水槽本体２８の側壁には、砂溜ピット３２に溜まった砂を排出する排砂口３４が形成されている。そして、取水口３０には、塵芥除去スクリーン１８が取り付けられており、排砂口３４には、排砂弁３６を介して排砂管３８が取り付けられている。
【００１９】
取水口３０の傾斜角度は、塵芥除去スクリーン１８の上面を流れる水に混入した塵芥を貯水槽１６の外部へ効率よく流下させることのできるように設定されており、この実施例では、１３〜２０度の範囲内で設定されている。
【００２０】
塵芥除去スクリーン１８は、小石、砂、落ち葉、ごみ等の塵芥を貯水槽１６の外部へ流下させるものであり、取水口３０の周縁部に固定される略四角形の固定枠４０と、固定枠４０の対向する２辺間に架け渡され、スリット４２を構成する複数のスリット棒４４と、固定枠４０の他の対向する２辺間に架け渡され、各スリット棒４４を支持する支持棒４６とによって構成されており、固定枠４０には、ビス（図示省略）が挿通される複数の孔４８が形成されている。そして、孔４８に挿通されたビス（図示省略）によって、塵芥除去スクリーン１８が取水口３０に着脱可能に固定されている。したがって、塵芥除去スクリーン１８を取り外すことによって、取水口３０を開放することができ、開放された取水口３０を貯水槽１６の点検口または掃除口として利用することができる。
【００２１】
塵芥除去スクリーン１８の傾斜角度は、取水口３０の傾斜角度に依存しており、この実施例では、上述のように１３〜２０度の範囲内で設定されている。また、スリット４２の延びる方向は、水に混入した塵芥を円滑に流下させるとともに、貯水槽１６へ大量の水を取り込むために、塵芥除去スクリーン１８の傾斜方向と同じ方向に設定されている。
【００２２】
なお、取水口３０に対する塵芥除去スクリーン１８の取り付け態様は、ウォーターハンマ等によるサージを開放できる点において、浮き上がりを許容する「填め込み式」であることが望ましい。
【００２３】
沈殿槽２０は、貯水槽１６の取水口３０より上流側において水に混入した可沈殿物（石、砂等）を沈殿させる水槽であり、コンクリート等によって貯水槽１６の上方にこれと一体に形成されている。そして、沈殿槽２０と取水口３０の境界部には、沈殿槽２０内の水を取水口３０側へ溢れ出させる溢出口５０が形成されており、溢出口５０には、水に混入した可沈殿物を沈殿させる「ひさし状」の突出部５２が沈殿槽２０側へ突出して形成されている。また、突出部５２の直下に位置する沈殿槽２０の内部底面には、溝状の砂溜ピット５４が形成されており、沈殿槽２０の側壁には、砂溜ピット５４に溜まった砂を排出する排砂口５６が形成されており、排砂口５６には、排砂弁５８を介して排砂管６０が取り付けられている。さらに、溢出口５０と対向する沈殿槽２０の側壁２０ａには、取水口６２が形成されており、側壁２０ａと直角をなす側壁２０ｂの一方または双方（この実施例では、「一方」である。）には、落ち葉等の浮遊物を排出する排出口６４が形成されており、取水口６２には、河川等からの水を引き込む取水管６６が接続されている。
【００２４】
誘導板２２は、取水管６６から沈殿槽２０に取り込まれた水に混入した浮遊物を排出口６４へ導く板状部材であり、沈殿槽２０の水面領域を取水口６２側と溢出口５０側とに二分するように、対向する２つの側壁２０ｂ間に架け渡されている。そして、誘導板２２の下部は、沈殿槽２０に貯められた水の中に配置されており、誘導板２２の上部は、水面から突出して配置されている。したがって、取水口６２から沈殿槽２０に取り込まれた水は、誘導板２２の下を通って溢出口５０へ向かうことになり、水に混入した浮遊物は、誘導板２２に沿って排出口６４へ向かうことになり、これにより「水の整流」と「浮遊物の除去」とが同時に行われることになる。
【００２５】
余水槽２４は、沈殿槽２０から溢出口５０を通して取水口３０に与えられた水のうち、塵芥除去スクリーン１８の上面を流下して貯水槽１６の外部へ排出された余剰水を受ける水槽であり、コンクリート等によって貯水槽１６の側方にこれと一体に形成されている。余水槽２４の側壁のうち、余剰水の流下方向に対して直交する方向にある側壁２４ａ（図２）には、排水口６８が形成されており、これにより余水槽２４へ与えられた余剰水は方向を９０度変えて排水口６８から排出されることになる。したがって、余水槽２４において余剰水の勢いを弱めることができ、余剰水による設置地盤またはその周辺地盤の流出を防止することができる。
【００２６】
導水管２６は、図３に示すように、貯水槽１６に貯められた水を水力発電機１４へ導く管であり、導水管２６の上流側の端部が余水槽２４および貯水槽１６の側壁を貫通して、貯水槽１６に挿入されている。そして、導水管２６の上流側の開口端が、貯水槽１６内の水中において、取水口３０の直下から側方へずれた位置であって、かつ、貯水槽１６の内部底面から持ち上げた位置に配設されている。貯水槽１６の内部底面から導水管２６の開口端における最低点までの距離は、貯水槽１６の底部に溜まった砂等を取り込むことのないように、約５０ｍｍ以上に設定されている。また、貯水槽１６内における水面から導水管２６の開口端における最高点までの距離は、貯水槽１６へ供給された水に含まれる気泡を取り込むことのないように、導水管２６の管径の２倍以上に設定されている。
【００２７】
塵芥除去装置１０を用いてマイクロ水力発電システム１２を構成する際には、図３に示すように、塵芥除去装置１０が地盤上に設置され、沈殿槽２０の取水口６２に取水管６６が接続されるとともに、導水管２６の下流側の端部に水力発電機１４が接続される。そして、運転時には、取水管６６から沈殿槽２０に発電用水が供給され、この水が、沈殿槽２０、貯水槽１６および導水管２６を通して水力発電機１４へ与えられる。
【００２８】
このとき、水に混入した浮遊物は、沈殿槽２０において誘導板２２によって除去されるとともに、貯水槽１６の取水口３０において塵芥除去スクリーン１８によって除去される。一方、水に混入した可沈殿物は、貯水槽１６および沈殿槽２０において沈殿され、砂溜ピット３２および５４に溜められる。そして、排砂弁３６および５８を開くことによって、排砂口３４および５６から排砂管３８および６０を通して排出される。
【００２９】
沈殿槽２０では、取水口６２から取り込まれた水が、誘導板２２の下を通って潜流となるため、突出部５２において下向きの水流が生じることと相俟って、小石や砂等の可沈殿物を効率よく沈殿させることができる。塵芥除去スクリーン１８では、スリット４２の延びる方向と傾斜方向とが一致しているため、水に混入した塵芥を円滑に流下させることができるとともに、貯水層１６へ大量の水を取り込むことができる。
【００３０】
そして、取水口３０に対する給水量を導水管２６の導水量よりも多くすることによって、貯水槽１６へ一旦取り込まれた水を取水口３０から溢れ出させることができ、この水によって塵芥除去スクリーン１８に引っ掛かった塵芥を貯水槽１６の外部へ洗い流すことができる。
【００３１】
なお、上述の実施例では、複数のスリット棒４４を有する塵芥除去スクリーン１８を用いているが、これに代えて、図５に示すようなパンチングメタル構造の塵芥除去スクリーン７０や、辺の長さが５ｍｍ程度の網目を有するステンレス製網（図示省略）を用いるようにしてもよい。塵芥除去スクリーン７０（図５）は、ステンレス等からなる板材７２に複数の長孔７４を傾斜方向へ延びて形成したものであり、板材７２には、ビス（図示省略）が挿通される複数の孔７６が形成されている。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】塵芥除去装置を示す平面図
【図２】図１におけるII-II線断面図
【図３】マイクロ水力発電システムを示す概略図
【図４】塵芥除去スクリーンを示す平面図（Ａ）および正面図（Ｂ）
【図５】他の塵芥除去スクリーンを示す平面図（Ａ）および正面図（Ｂ）
【符号の説明】
【００３３】
１０…  塵芥除去装置
１２…  マイクロ水力発電システム
１４…  水力発電機
１６…  貯水槽
１８，７０…  塵芥除去スクリーン
２０…  沈殿槽
２２…  誘導板
２４…  余水槽
２６…  導水管
２８…  水槽本体
３０，６２…  取水口
３２，５４…  砂溜ピット
３４，５６…  排砂口
３６，５８…  排砂弁
３８，６０…  排砂管
４２…  スリット
４６…  支持棒
５０…  溢出口
５２…  突出部
６４…  排出口
６６…  取水管
７４…  長孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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